Gestion supervisée de systèmes étendus à retards variables : cas des réseaux hydrographiques

Supervisory control of large scale system with varying time delay : hydrophical network case study

• Auteur / Autrice : Houda Nouasse
• Direction : Bernard Archimède, Pascale Chiron
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie industriel
• Date : Soutenance le 04/03/2015
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Systèmes (Toulouse ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Génie de Production (Tarbes ; 1989-....)

Mots clés

Mots clés libres

Gestion de crue

Réseaux de transport

Écrêtage de crue

Contrôle supervisé

Flood management

Network flows

Flood control

Supervised control

Résumé

De part et d’autre de la Terre, on observe de plus en plus de phénomènes naturels dévastateurs, parmi lesquels les inondations constituent l’une des catastrophes les plus fréquentes. Ces dernières décennies d’importantes inondations ont été induites par les crues de rivières. Ces crues, dues à des pluies excessives ou aux eaux de ruissellement, causent sans cesse des pertes de vies humaines et des dégâts matériels importants. Pour remédier à ces problèmes, les réseaux hydrographiques sont de plus en plus équipés de moyens de détection de crues. Un facteur essentiel à la gestion de tels phénomènes est la réactivité. En effet, les gestionnaires des réseaux hydrographiques, dans ce genre de situation, doivent prendre rapidement des décisions importantes dans un contexte incertain, car la plupart de ces crues sont le fruit de phénomènes climatiques brusques, dont l’ampleur est difficile à évaluer avec précision. Nous proposons, dans ce mémoire, une méthode de gestion des crues dans des réseaux hydrographiques équipés de zones inondables contrôlées par des portes gravitationnelles. Dans un premier temps, nous avons modélisé notre méthode de gestion à l’aide d’un réseau de transport statique. Dans un second temps, nous l’avons enrichi en utilisant les réseaux de transport à retards dans le but de prendre en compte les temps de déplacement de la ressource gérée. Afin de pallier le problème de la taille importante des réseaux de transport à retards, nous avons élaboré un mécanisme de substitution combinant un réseau de transport statique réduit et une matrice de temporisation. De plus, ce mécanisme autorise la prise en compte des temps de transfert variables dépendant des débits, sans modification ni du réseau de transport, ni de la structure de la matrice de temporisation. Ce mécanisme permet donc une gestion simplifiée des temps de transferts, variables ou non. Avec ce mécanisme, l’évaluation du flot maximal à coût minimum, nous a permis, suivant les stratégies de gestion considérées, de consigner l’ouverture des portes des zones inondables afin d’écrêter la crue mais aussi afin de restituer cette eau stockée au moment opportun. Finalement, afin d’évaluer les apports de cette gestion, la méthode a été appliquée sur un cas d’étude basée sur un tronçon de rivière équipé de trois zones inondables et modélisé à l’aide de simulateurs hydrauliques combinant les approches de modélisation 1D et 2D. Les résultats de simulation obtenus ont montré que l’approche proposée permettait de réduire de manière significative les inondations en aval des cours d’eau.

On either side of the Earth, we observe more and more devastating natural phenomena. Amon these phenomena, floods are one of the most frequent and devastating natural disasters. During these last decades extensive flooding were caused by the flood of rivers. These floods due to excessive rainfall or runoff induce invariably the loss of human lives and material damages. To overcome these problems, water systems are increasingly equipped with means for detecting floods. A key factor in the management of such phenomena is responsiveness. Indeed, managers of river systems, faced to this kind of situation should quickly take important decisions in an uncertain context, as most of these floods are induced by abrupt climate events, whose magnitude is difficult to assess accuracy. We propose in this dissertation, a method of flood management in river systems equipped with flood zones controlled by gravitational gates. At first, we modeled our management method using a static transportation network. In a second step, we enriched it by using transportation networks with delays in order to take into account the travel time of the managed resource. The main difficulty of transportation networks with delays is their oversize. To overcome this problem, we developed an alternative mechanism combining a static reduced transportation network with a temporization matrix. Furthermore, this mechanism allows the consideration of variable time transfer depending on flows, without modification either on the transportation network, or on the structure of the temporization matrix. This mechanism allows simplified management of the transfer times, variable or not. With this mechanism, the evaluation of the minimum cost maximum flow allowed us, according to the management strategies considered, to compute the gate opening for floodplains in order to mitigate the flood but also to restore the water stored at the relevant time. Finally, to evaluate the contributions of this management, the method was applied to a case study based on a section of river equipped with three flood control reservoirs areas modeled using hydraulic simulators combining 1D and 2D models. The simulation results showed that the proposed approach allowed reducing significantly the floods downstream watercourses.